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行車安全不容妥協 ADAS走入尋常百姓家

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根據內政部警政署交通事故統計資料顯示,107年1月至7月的交通肇事件數共達16萬3,002件,平均每個月約有2萬件的事故發生,受傷人數高達21萬4,683人。

由上述數據可看出,交通事故頻繁的發生在生活周遭,促使消費者越來越注重行車安全,而在安全意識高漲之際,汽車車商也開始強化車體的安全配備,先進駕駛輔助系統(ADAS)逐漸普及於各車種之中。

意法半導體(ST)亞太區汽車產品事業體行銷經理陳錫成(圖1)表示,交通事故頻傳,也因此,消費者在選購汽車的時候,安全成了最大考量;而對於車廠來說,安全功能,也成了吸引消費者的最大賣點。

圖1 意法半導體亞太區汽車產品事業體行銷經理陳錫成表示,安全功能是消費者在選購新車時的最大考量。

陳錫成補充,也因此,ADAS需求急速增加,可以看到,為提升安全性,近幾年出廠的新車都配備了主動安全功能,像是主動車距控制巡航系統(Adaptive Cruise Control, ACC)、自動緊急剎車功能(Autonomous Emergency Braking System, AEB)、車道偏離警示系統(Lane Departure Warning System, LDWS)等。

另外,陳錫成指出,這些主動安全功能可讓一般消費者實際感受到,這對保障他生命安全是正相關;而車廠也依此將安全功能當做是主要賣點。因此,具備ADAS功能的汽車已不只限於高階車種,而是逐漸成為中階車款的標準配備,至於低階車款則是採用選配的方式。也就是說,隨著消費者安全意識抬頭,ADAS需求快速攀升,車廠的導入速度也逐步的加快。

德州儀器(TI)半導體行銷與應用嵌入式系統總監詹勳琪(圖2)也認為,安全是目前消費者購買汽車時的首要考量,所以,配有ADAS安全功能的車款即便價格較高,也不會降低消費者的購買意願。而對於車廠而言,ADAS則是用來吸引消費者購車的一大賣點,這趨勢從近幾年的汽車廣告就可看出端倪;以往的售車廣告多主打車載娛樂系統,安全面強調有幾個氣囊,如今,汽車廣告的主軸轉向安全,如常介紹配備有哪幾種主被動安全功能等。

圖2 德州儀器半導體行銷與應用嵌入式系統總監詹勳琪指出,從汽車廣告中可看出,安全是目前車廠推銷新車時的一大賣點。

像是中華三菱所推出的Outlander車款,將ACC 主動定速巡航、FCM智慧煞車輔助系統列為全車系標準配備,同時還新增盲區警示(BSW)、車道變換輔助(LCA)、後方交通警示等輔助系統(RCTA);Honda CR-V的S車型,也配上了Honda Sensing智慧安全主動防護系統,包含ACC、車道偏移警示,以及車道維持輔助(LKAS)等在列的整合式安全防護系統。

總而言之,過去的汽車設計,多以因應突發事故的被動安全配備為主。不過,人的需求總是隨著時代推移而改變,在消費者安全需求大增的情況下,車廠也從過往被動防護的安全觀念,轉變成主動預防;進而使得新世代汽車的安全配備等級也從過去的氣囊數、ESC電子穩定控制系統等,轉向智慧設備自動感應車距,預估碰撞係數,主動向駕駛預警行車風險等功能。

ADAS為安全而生 落地各式車款

上述所提,消費者購車觀念轉變,開始重視汽車的安全配備等級,使得ADAS發展已不再只是前幾年的紙上談兵,而是真正已落地於生活之中,其市場商機可說更蓬勃發展。

在安全意識抬頭帶領之下,ADAS市場發展也跟著走揚,根據市調機構Grand View Research一份新報告指出,全球ADAS市場到2025年預計將成長到674.3億美元,年複合成長率(CAGR)達19%;成長主因在於政府為降低交通事故,要求車輛須配備駕駛輔助系統,像是歐盟要求超過7公噸以上的重型商用車須加裝ADAS系統,如LDWS、AEBS;以及上述所提,駕駛輔助系統逐漸導入在一般房車之中,因而進一步提高ADAS市場需求。

報告指出,ADAS技術,如夜視,睡意監測系統和道路標誌識別系統等,預計將會大幅成長;或者像是輪胎壓力監測系統,由於其低廉的價格和便利的售後市場,也預估未來在整個ADAS市場中會有顯著的滲透性。此外,上述提到的ACC可為駕駛員提供更高的安全性,並有助於避免致命的交通事故,因此預估到2025年,ACC的市場需求會有更高的成長。

ADAS市場走揚 雷達需求有增無減

ADAS市場不斷成長,而感測器是打造ADAS的主要關鍵元件,恩智浦(NXP)半導體汽車微控制器暨處理器事業部亞太市場總監易生海(圖3)表示,事實上,ADAS並不是一項配置,而是幾項配置協調作用的系統。簡單來說,就是利用安裝在車上的各種互補感應器,例如雷達、超音波、V2X技術等,在汽車行駛過程中即時感知周圍環境並且收集資料,透過系統運算與分析,預先讓駕駛者察覺到可能發生的危險,進而有效增加汽車駕駛的舒適性和安全性。

圖3 恩智浦半導體汽車微控制器暨處理器事業部亞太市場總監易生海說明,ADAS是由各種感測技術協調配制而成。

ADI大中華區汽車電子市場經理崔正昊則指出,在現今的ADAS與自動駕駛系統當中,毫米波雷達正扮演最重要的角色。雷達能夠協助偵測是否有「某些東西在汽車周邊的物體」,雖然它不像「眼睛」一樣能夠清楚的看到每個單一物體並分辨出它們是什麼;然而,在一般情況下,雷達比較不會受環境條件的影響,而且在偵測距離(範圍)以及移動物體的速度上表現較佳。

換言之,雷達的重要性在於,透過對汽車周圍事物和環境的感知和監測,收集相關資料再交由駕駛系統處理,讓汽車可以在各種條件下完成自我調整巡航控制、盲點監測、車道偏離警告、夜視、車道保持輔助和碰撞警告系統,並具有自動轉向和制動干預功能。也因此,汽車搭載雷達數量的多寡,也成為國際組織安全評鑑等級的基準。

英飛凌(Infineon)汽車電子事業處大中華區汽車安全市場經理王龍飛(圖4)表示,以新車評估計劃(New Car Assessment Program, NCAP)評鑑為例,該計畫以星等做為評鑑標準,分別從1星到5星,獲得5顆星的車型便代表安全度最高。目前汽車若在車體後端搭載兩顆24GHz的毫米波雷達,以及於車體前端搭載一個影像感測器與77GHz的毫米波雷達,一共3顆雷達和一個影像感測器,便可獲得5顆星的評等。

圖4 英飛凌汽車電子事業處大中華區汽車安全市場經理王龍飛透露,汽車雷達的數量也是安全評鑑的主要基準之一。

不過,到了2022年之後,安全標準愈加嚴格,汽車必須在四個角落及車頭加裝77GHz毫米波雷達(共5個),同時也須搭配一個影像感測器,如此一來,才能達到NCAP的5星評等(圖5)。由此可見,為了因應更加嚴格的安全標準,毫米波雷達的數目快速增加,基本數目已從3個增加至5個,若車廠想在汽車側邊的四個車門再加裝毫米波雷達,其數目將會從9個起跳。因此,可以看到不管是車廠或是晶片廠商,都非常重視雷達技術發展,可想而知,雷達市場也跟著快速成長。

圖5 NCAP汽車安全評鑑示意圖
資料來源:英飛凌

根據TrendForce旗下拓墣產業研究院最新報告指出,車載毫米波雷達受到中國新版新車評價指標(C-NCAP)實行,與美國NHTSA將自動緊急煞車系統列為新車標配的驅動下,將進入高速成長階段,預計2018年車載毫米波雷達出貨量將達6,500萬顆,2018~2023年年複合成長率達15%。

拓墣產業研究院分析師林雅惠指出,毫米波雷達因波長介於厘米波與光波之間,故同時具備光波導引與電磁波導引的特性,於軍事領域已被廣泛應用。隨著汽車電子發展與自動駕駛需求,毫米波雷達已成為ADAS與自動駕駛的關鍵感測器之一。為了避免與其他設備頻段衝突,車載毫米波雷達需要專屬的頻段,以往各國對於車載毫米波雷達使用頻段混亂的情況使其發展受限,一直至2015年世界無線通訊大會(WRC-15),決議76~81GHz皆可用於車載雷達,才為全球車載毫米波雷達發展提供明確的方向。

車載毫米波雷達因具備受天候影響程度低、不受前方目標物形狀與顏色干擾等特性,並可實現250公尺的探測距離,有效補足其他感測器的劣勢,因此已被車廠廣泛應用於BSD、AEB與FCW等主動安全系統。目前具備FCW、AEB功能的量產車款,多採用一顆長距毫米波雷達搭配兩顆短距毫米波雷達的感測方案,具備BSD功能之車款則需二顆短距毫米波雷達。

林雅惠表示,2018年由於中國首次將FDW、AEB等主動安全系統列入C-NCAP中,將驅動毫米波雷達出現大幅增長,全球出貨有望達到6,500萬顆;另一個驅動力則是來自於全球第二大車市美國2022年將把AEB列入新車標配,同樣將驅動長距毫米波雷達需求。

綜上所述,在中、美兩大車市對於主動安全需求帶動之下,拓墣產業研究院預估,2023年車載毫米波雷達年出貨量將達1億3,200萬顆,2018至2023年年複合成長率為15%。

政府法規助力 車用攝影機後勢看漲

若將毫米波雷達譬喻成汽車的耳朵,那麼攝影機就是汽車的眼睛,可用來偵測與辨識物體與交通號誌等。前面提到,要達到NCAP的5星評等,汽車不僅須裝有毫米波雷達,還同時須配備攝影鏡頭,使得攝影機市場也如雷達一般加速成長。

根據市調機構Stratistic MRC調查指出,全球車載攝影機市場成長率,預計將從2016年的117.6億美元成長到2023年的256.9億美元,複合年成長率為11.8%。主因在於越來越多的交通事故,驅使愈來愈多的汽車採用ADAS系統。

此外,政府政策推動也是攝影機市場向上攀升的重要推手。以台灣為例,交通部公告「道路交通安全規則」第16、39、39-1條條文及第23條條文之附件十五、第24-1條條文之附件十四修正草案指出,自中華民國109年1月1日起,大客車與大貨車應裝設合於規定之行車視野輔助系統或以下任一裝置:

1.左右兩側視野鏡頭及可顯示車身兩側影像之車內螢幕。

2.於車輛右側裝設一個外部近側視鏡並於車輛右前側裝設雷達警示系統。

3.可顯示車輛四周影像之環景顯示系統。

瑞薩電子(Renesas)車用事業部市場行銷經理何吉哲(圖6)表示,市場成長與法規推動息息相關,目前ADAS市場成長動能多來自於消費者需求,不過,若要再進一步推動成長力道,還須仰賴政府法規的制訂;一旦法規完成後,有了強制性,市場成長速度會更快。以台灣為例,在政府規定商用車自109年起都必須加裝行車視野輔助系統之後,可想而知車用攝影機的需求會明顯增加。

圖6 瑞薩電子車用事業部市場行銷經理何吉哲指出,法規的制定,也是推動ADAS市場加速發展的因素之一。

另一方面,為確保行車安全,車用攝影機的畫質標準要求也開始提升,從720p提升到1080p。何吉哲指出,不論是商用車或是一般房車,加裝車用攝影機已成趨勢,然而,為了讓駕駛人能更了解周遭環境狀況,甚至能進一步的辨識物體,高解析度的攝影機可說是不可或缺。

假設安裝解析度太低的鏡頭,安全輔助的效果並不好,在畫面模糊的情況下還不如直接看後照鏡,如此一來便失去了原本安裝行車視野輔助系統的意義;因此,目前車廠對於攝影鏡頭的畫質要求,多是1080p。

因應此一趨勢,瑞薩備有R-Car V3M入門套件,以簡化並加速符合新車評估計劃的前置攝影鏡頭應用、環視系統,以及光達(LiDAR)的開發。

此一新入門套件是以R-Car V3M影像辨識系統晶片(SoC)作為核心,為成長中的NCAP前置攝影鏡頭市場提供了低功耗以及高性能的組合。藉由R-Car V3M入門套件和相關支援軟體與工具的結合,系統開發人員可以輕鬆地開發出前置攝影鏡頭的應用產品,有助於減少開發工作量並且縮短產品上市時間。

打造ADAS提升行車安全 雷達/攝影機成主流技術

要達到自動駕駛境界,ADAS是最重要的基石。易生海表示,自動駕駛依據其「自動化」程度可以分為四級:第一級是特定功能的自動駕駛,僅實現自我調整巡航控制、自動剎車和車道保持功能;第二級為合併功能的自動駕駛,實現部分自動停車入位、交通堵塞時提供輔助、帶轉向的緊急剎車等;第三級是有限的自動駕駛,能夠實現自動並線、基於車道中線定位的自我調整巡航控制、自主停車入位。前三級的實現就須要搭載ADAS,而目前車廠推出的ADAS正朝Level 2、Level 3邁進。

崔正昊表示,目前ADAS系統必須依靠攝影鏡頭、毫米波雷達和光達等一系列感測器技術,才能有效提供前向防撞預警、盲點監測、行人檢測和自動停車等功能。攝影鏡頭廣泛用於目標識別,毫米波雷達系統採用射頻電磁波測距和目標探測。光達使用雷射波束測距,同時也可以精確地識別物件。掃描式雷射雷達系統可檢測道路上或附近的目標,並可覆蓋毫米波雷達系統和攝影鏡頭的盲點區域。

崔正昊進一步說明,視覺感測技術與雷達技術各有優缺點,短時間內無法相互取代,而在成熟的ADAS系統中,多感測器融合是必然的,他們是相輔相成的技術。視覺技術可以用於提供路線偏差預警、安全車距預警、交通訊號識別、智慧前燈控制、物體感測/分類、行人偵測等功能,但較無法因應惡劣環境,例如濃霧、下雪等。

至於雷達感測技術可提供前/後停車幫助、安全車距預警、車道變換輔助、盲點檢測、碰撞緩衝剎車系統、全速範圍自我調整巡航控制等功能,但是無法識別標識,比如路標。

總而言之,毫米波雷達未來依然會是未來無人駕駛中的技術主流,雷達技術在遠距離、天氣惡劣等情況下將發揮巨大作用,配合視覺感測器,超音波感測器、光達等,建立起完整體系的感測器系統,各司其職,提供車輛和駕駛員正確的環境資訊。

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